DE3600125A1 - Geblaese zum umwaelzen grosser gasmengen, insbesondere fuer hochleistungs-laser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläse zum Umwälzen großer Gasmengen, insbesondere für Hochleistungs-Laser nach dem Gastransport-Prinzip, mit einem Gasförderteil und einem Antriebsteil, wobei das Gasförderteil einen Radialförderer aufweist, der in einer Verbindungsstrecke zwischen zwei Gaskanälen des Gasförderteiles angeordnet ist und das An­ triebsteil eine Welle zum Antreiben des Radialförderers mit hohen Drehzahlen umfaßt.

Ein derartiges Gebläse ist aus der DE-OS 32 45 959 bekannt.

Eine weitere entsprechende Anordnung, jedoch mit einem Tangentialgebläse ist aus der DE-OS 32 45 958 bekannt und es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung keinesfalls auf die Verwendung mit Radialförderern beschränkt ist sondern vielmehr auch zusammen mit anderen geeigneten Förderern verwendet werden kann.

Das bekannte Gebläse dient dazu, um in einem Laser nach dem Gastransport-Prinzip das Gas, beispielsweise CO₂ oder eine H₂/He-Mischung zwischen einer Anregungsstrecke und einer Kühlstrecke umzuwälzen. Bekanntlich nehmen nämlich bei derartigen Laseren verschiedene Leistungsdaten mit steigen­ der Temperatur im Lasergas ab. Bei der bekannten Anordnung soll daher erreicht werden, daß durch kontinuierliche Umwäl­ zung des Gases zwischen Anregungsstrecke und einem Wärmetau­ scher die Gastemperatur stets ausreichend niedrig gehalten wird.

Will man die bekannte Anordnung bei Hochleistungs-Lasern mit sehr hohen Ausgangsleistungen einsetzen, ist es erforder­ lich, das Gas im Laser mit Förderraten von mehreren 1000 oder 10000 Kubikmetern pro Stunde umzuwälzen. Hierzu sind Drehzahlen des Radialförderers von einigen 10000 bis 100000 Umdrehungen pro Minute erforderlich, was anderer­ seits zu Umfangsgeschwindigkeiten am Radialförderer von über 600 Metern pro Sekunde und zu Antriebsleistungen in der Größenordnung von einigen 10 KW führt.

Bei der bekannten Anordnung bleibt offen, auf welche Weise der Radial- bzw. Tangentialförderer angetrieben werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gebläse der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein zuverlässiger Betrieb auch bei höchsten Drehzahlen bzw. Förderleistungen möglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Welle in mindestens zwei in Achsrichtung der Welle gegenein­ ander versetzt angeordnetem Radial-Drehlagern gelagert ist und daß Antriebselemente der Welle zwischen den Radial-Dreh­ lagern angeordnet sind.

Die Erfindung löst damit die zugrundeliegende Aufgabe voll­ kommen, weil durch die "fliegende" Aufhängung der Welle mit ihren Antriebselementen zwischen den Radial-Drehlagern eine für hohe Drehzahlen besonders geeignete Konfiguration er­ reicht wird.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Antriebselemente eine raumfeste Statorwicklung und eine zwischen den Radial-Drehlagern auf die Welle gewickelte Rotorwicklung.

Diese Maßnahme hat, verglichen mit termodynamischen Antrie­ ben, z.B. einer Gasturbine oder einer Brennstoffturbine den Vorteil, daß extrem hohe Drehzahlen bis hin zu 200000 Umdrehungen pro Minute mit Umfangsgeschwindigkeiten am Radialförderer im Bereich von über 600 Metern pro Sekunde geregelt erreicht werden können.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Wicklungen von einem Versorgungsaggregat gespeist, das eine Ausgangsspannung mit voriabler Frequenz erzeugt.

Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die sehr hohe Drehzahl der Welle geregelt konstant gehalten werden kann, durch die Frequenzvariabilität der Ausgangsspannung kann jedoch auch ein Teillastbetrieb des erfindungsgemäßen Geblä­ ses eingestellt werden.

Besonders bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem die Welle mit einer überkritischen Drehzahl angetrieben wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß hierdurch eine leichte und kompakte Bauweise erreicht werden kann, bei der gleich­ zeitig die Lagerkräfte reduziert werden.

Vorzugsweise liegt bei diesem Ausführungsbeispiel die Dreh­ zahl zwischen 10000 und 30000 Umdrehungen pro Minute.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Welle axial federnd abgestützt.

Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, einen problemlosen Schnellauf der Welle zu ermöglichen, wobei die federnde Aufhängung in axialer Richtung diejenigen Kräfte kompen­ siert, die in axialer Richtung bei unterschiedlichen Dreh­ zahlen am Radialförderer angreifen.

Bei Varianten dieses Ausführungsbeispiels ist die Welle axial mit Federn oder einem Magnetlager abgestützt.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß die unterschiedlichen axialen Kräfte während des An- und Auslaufens des Gebläses kompensiert werden können, indem beispielsweise das Magnet­ lager bei niedrigen Drehzahlen ausgeschaltet ist, während es bei hohen Drehzahlen, bei denen Saugkräfte am Radialförderer die Welle axial nach außen ziehen, eingeschaltet wird, um diese Zugkräfte zu kompensieren.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Welle in einem druckdichten Gehäuse gelagert und es sind im Abstand von dem Radialförderer auf der Welle mindestens zwei axial wirkende Dichtungen vorgesehen, die, vom Radialförde­ rer aus betrachtet, einen mit einem der Gaskanäle verbunde­ nen Pumpenraum, mindestens einen Schleusenraum sowie einen, die Radial-Drehlager aufnehmenden Antriebsraum axial hinter­ einander bilden, wobei der mindestens eine Schleusenraum und der Antriebsraum mit Leitungen zum Zu- oder Abführen von Druckmedien versehen sind.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß durch die definierten Druckzonen entlang der Welle einerseits die durch den spe­ ziellen Anwendungsfall, beispielsweise den Laser, vorgegebe­ nen Druckverhältnisse eingehalten werden können, anderer­ seits aber das Lager- und Schmiersystem des Gebläseantriebes nach Hochleistungsgesichtspunkten optimiert werden kann.

So kann erfindungsgemäß beispielsweise ein Laser, dessen Gas eine Mischung aus 75% Stickstoff und 25% Helium ist, mit einem Gasdruck in der Größenordnung von 100 bis 150 mbar betrieben werden. Bei Durchmessern des Radialförderers zwischen 50 und 500 Millimetern und einer Antriebsleistung zwischen 1 und 50 KW werden bei Drehzahlen zwischen 20000 und 180000 Umdrehungen pro Minute Fördervolumina zwischen 800 und 20000 Kubikmetern pro Stunde erreicht, wobei im Lagerungs- und Schmiersystem ein Druck eingestellt werden kann, der bis zu 10 bar über dem Druck des Lasergases liegen kann.

Die Erfindung gewährleistet in diesem Leistungsbereich, daß ein optimaler Schnellauf bei den genannten Antriebsleistun­ gen zum Erreichen der genannten Förderraten garantiert werden kann, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, daß aus dem Hochdruck-Schmier- und Lagersystem keinerlei Schmiermit­ tel in den Pumpenraum, d.h. den Gasraum, beispielsweise des Lasers, gelangen können.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Radial-Drehlager als Wälzlager ausgebildet, sie können jedoch auch als Luftlager ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt ist schließlich eine Maßnahme, bei der die Radial-Drehlager gedämpft gehalten sind.

Diese "schwimmende" Aufhängung der Radial-Drehlager hat den Vorteil, daß, insbesondere durch Lagerdämpfung in beiden Lagerebenen, kleine Schwingungsamplituden und damit eine optimale Laufruhe des Gebläses gewährleistet werden können.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachfolgend noch geschilderten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder auch in Alleinstellung verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu ver­ lassen.

Es versteht sich vor allem, daß der genannte Anwendungsfall bei Lasern nach dem Gastransport-Prinzip nur beispielhaft zu verstehen ist und daß das erfindungsgemäße Gebläse selbst­ verständlich auch bei zahlreichen anderen Anwendungsfällen eingesetzt werden kann, bei denen im Rahmen industrieller Fertigungsprozesse Gasdurchsätze mit hoher Förderrate benö­ tigt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend anhand der Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsge­ mäßen Gebläses mit zugehörigen Druckmittelkreis­ läufen, in Gesamtansicht;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab die mechanische Einzel­ heiten eines Antriebes eines Gebläses ähnlich Fig. 1, jedoch mit Luftlagern;

Fig. 3 einen Radialförderer, in einer Ansicht von unten, im Maßstab der Fig. 1;

In Fig. 1 bezeichnet 10 als Ganzes ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebläses. Das Gebläse 10 wird grob in ein Gasförderteil 11 und ein Antriebsteil 12 unterteilt.

Das Gasförderteil 11 umfaßt alle für die Förderung und Leitung des Gases erforderlichen Elemente. Hierzu sind zwischen einer oberen Begrenzungswand 13 und einer unteren Begrenzungswand 14 Leit- und Trennelemente 15 vorgesehen, die zwischen sich eine Verbindungsstrecke freilassen, in der ein Radialförderer 16 angeordnet ist. Die Oberflächenkontur 17 der Leit- und Trennelemente 15 sind an die entsprechende Oberflächenkontur des Radialförderers 16 angepaßt.

Auf diese Weise umfaßt das Gasförderteil 11 einen oberen Gaskanal 18, in dem ein Gas, beispielsweise eine Edelgasmi­ schung, in Richtung der mit 19 bezeichneten Pfeile strömen kann sowie einen unteren Gaskanal 20, in dem das Gas die Richtung von Pfeilen 21 aufweist. Die Gaskanäle 18, 20 treffen sich im Bereich weiterer Umlenkelemente, wie mit einer Bahn 22 in Fig. 1 angedeutet.

Wird das erfindungsgemäße Gebläse 10 beispielsweise bei einem Hochleistungs-Laser eingesetzt, so kann der obere Gaskanal 18 die Anregungsstrecke sein, während sich zweckmä­ ßigerweise im Verlaufe des unteren Gaskanals 20 ein oder mehrere Wärmetauscher befinden können, um das umgewälzte Gas zu kühlen.

Es versteht sich ferner, daß die eingezeichnete Richtung der Pfeile 19, 21 bei entsprechender Dimensionierung der Schau­ feln des Radialförderers 16 auch entgegengesetzt sein kann. Es sei ferner nochmals betont, daß das Anwendungsbeispiel von Lasern nach dem Gastransport-Prinzip im vorliegenden Zusammenhang nur als illustrierendes Beispiel dient und die Erfindung keinesfalls auf diesen Anwendungsfall ein­ schränkt.

Das Antriebsteil 12 umfaßt im wesentlichen ein zylindrisches Gehäuse 30, das an seiner Oberseite in einen Ringflansch 31 ausläuft, der in die untere Begrenzungswand 14 integriert oder an dieser angeschraubt ist.

Im Zentrum des Ringflansches 31 befindet sich eine Öffnung 32, durch die eine Welle 33 ragt, an der der Radialförderer 16 drehstarr angesetzt ist.

Die Welle 33 ist in einem oberen Radiallager 34 und einem unteren Radiallager 35 gehalten, an ihrer Unterseite ist sie mit einer federnden Abstützung 36 gegenüber dem Gehäuse 30 versehen.

Es sei an dieser Stelle auch betont, daß die im vorliegenden Zusammenhang verwendeten Begriffe "oben" und "unten", ebenso wie die Darstellung in den Figuren nur beispielhaft zu verstehen ist. Das erfindungsgemäße Gebläse kann selbstver­ ständlich auch in horizontaler Einbaulage oder nach unten gerichtet eingesetzt werden, ohne daß dies den Rahmen der Erfindung sprengt.

Die Welle 33 ist mit einer Rotorwicklung 37 versehen, die zwischen den Radiallagern 34 und 35 angeordnet ist. Der Rotorwicklung 37 steht eine Statorwicklung 38 gegenüber, die am Gehäuse 30 angeordnet ist. Die Statorwicklung 38 steht mit einem Versorgungsaggregat 39 in Verbindung, das eine elektrische Versorgungsspannung geeigneter Amplitude und Frequenz, insbesondere variabler Frequenz, erzeugt. Typi­ scherweise hat das Versorgungsaggregat 39 eine Ausgangslei­ stung zwischen einem und 50 KW, wobei die Ausgangsfrequenz zwischen 700 und 3000 Hz einstellbar ist.

Außerdem enthält das Versorgungsaggregat 39 noch in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Auswertein­ heiten für die Überwachung der Schmieröltemperatur, der Schmierölmenge, der Leistungsaufnahme sowie eine Erkennungs­ schaltung für Lagerschäden und dgl. mehr. Diese Einheiten sind jedoch an sich bekannt und brauchen daher im vorliegen­ den Zusammenhang nicht näher erläutert zu werden.

Oberhalb des oberen Radiallagers 34, jedoch unterhalb der Öffnung 32 sind eine obere Dichtung 45 und eine untere Dichtung 46 zu erkennen. Diese, in axialer Richtung der Welle 33 wirkenden Dichtungen 40, 46 definieren somit einen oberhalb der oberen Dichtung 45 liegenden Pumpenraum 47, der mit dem unteren Gaskanal 20 in Verbindung steht, weiterhin einen Schleusenraum 48 zwischen den Dichtungen 45, 46 sowie einen ersten Antriebsraum 49 zwischen der unteren Dichtung 46 und dem oberen Radiallager 34.

Weiterhin sei der Raum zwischen oberem Radiallager 34 und Rotorwicklung 37 bzw. Statorwicklung 38 als zweiter An­ triebsraum 50, der Raum zwischen Rotorwicklung 37 bzw. Statorwicklung 38 und dem unteren Radiallager 35 als dritter Antriebsraum 51 und der Raum unterhalb des unteren Radialla­ gers 35, in dem sich auch die federnde Abstützung 36 befin­ det, als vierter Antriebsraum 52 bezeichnet.

An das Antriebsteil 12 des Gebläses 10 sind verschiedene Druckmittelkreisläufe angeschlossen.

Eine Druckluftpumpe 55 bzw. ein übliches Druckluftaggregat ist über eine Druckluftleitung 56 mit dem ersten Antriebs­ raum 49 verbunden.

Zur Schmierung und Kühlung der verschiedenen Lager- und Antriebselemente ist Öl 59 in einer Ölwanne 60 vorgesehen. Die Ölwanne 60 ist an einen Wärmetauscher 61 angeschlossen, um das Öl 59 ständig auf einer vorbestimmten niedrigen Temperatur zu halten.

Eine Schmierölpumpe 62 fördert Öl 59 aus der Ölwanne 60 in eine erste Schmierölleitung 63, die das Gehäuse 30 in Rich­ tung der Achse der Welle 33 durchsetzt. Die erste Schmieröl­ leitung 63 setzt sich axial in der Welle 33 fort und ver­ läuft dann radial nach außen, um ebenfalls im ersten An­ triebsraum 49 zu enden.

Eine zweite Schmierölleitung 64 zweigt im vierten Antriebs­ raum 52 von der ersten Schmierölleitung 63 ab und dient zur unmittelbaren Versorgung des unteren Radiallagers 35.

Eine dritte Schmierölleitung 65 führt aus dem zweiten An­ triebsraum 50 weg. Sie vereinigt sich mit einer aus dem dritten Antriebsraum 51 kommenden vierten Schmierölleitung 66 und einer aus dem vierten Antriebsraum 52 kommenden fünften Schmierölleitung 67 und führt in die Ölwanne 60 zurück.

Dem Öl 59 kann ein verflüssigbares Gas, beispielsweise Frigen, zugemischt sein. Das mit verflüssigtem Frigen ver­ setzte Öl gelangt zu den verschiedenen Kühl- und Schmier­ punkten, wobei infolge der dort herrschenden Temperatur das Frigen verdampft und durch die Verdampfungskälte der Kühl­ prozeß weiter gefördert wird.

Das Frigen gelangt nun im gasförmigen Zustand in die Ölwanne 60 zurück. Es wird dort abgesaugt und einem Verdichter 68 zugeführt, der es so weit komprimiert, daß es wieder ver­ flüssigt wird. Das verflüssigte Frigen wird nun dem Öl 59 wieder beigemengt.

Weiterhin ist eine Vakuumpumpe 70 vorgesehen, der eingangs­ seitig ein Ölabscheider 71 vorgeordnet ist. Vom Ölabscheider 71 führt aus dessen Ölsumpf eine Öl-Rückführleitung 72 über eine Rückölpumpe 73 in die Ölwanne 60.

Eingangsseitig ist der Ölabscheider 71 mit einer Saugleitung 74 verbunden, die zum Schleusenraum 78 führt.

Weiterhin ist eine Kühlölpumpe 75 vorgesehen, die Öl 59 aus der Ölwanne 60 fördert und zwar an eine erste Kühlölleitung 76, die in den Bereich der Statorwicklung 38 führt und diese kühlt. Von dort führt eine zweite Kühlölleitung 77 zurück in die Ölwanne 60.

Schließlich sind an der Saugleitung 74 und am Pumpenraum 47 ein erster Drucksensor 78 bzw. ein zweiter Drucksensor 79 vorgesehen, die mit einem Regler 80 in Wirkverbindung ste­ hen. Der Regler 80 ist ausgangsseitig an Steuereingänge der Vakuumpumpe 70 bzw. der Druckluftpumpe 55 angeschlossen. Außerdem kann, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Gebläses 10 bei einem Laser, der Regler 80 auch an die Vakuumpumpe des Lasers angeschlossen sein.

Die Wirkungsweise des Gebläses 10, wie dies anhand der Fig. 1 geschildert wurde, ist wie folgt:

Durch Einstellung des Versorgungsaggregates 39, insbesondere dessen Ausgangsfrequenz und Ausgangsleistung kann das Geblä­ se 10 aus der Ruhestellung hochgefahren werden. Bei niedri­ gen Drehzahlen, wie sie während des Hochlaufens des Gebläses 10 auftreten, herrscht zunächst im Pumpenraum 47 ein ver­ hältnismäßig niedriger Druck. Über die Sensoren 78, 79 wird dieser Druck, ebenso wie der Druck im Schleusenraum 48 erfaßt und es wird die Vakuumpumpe 70 so eingestellt, daß über die obere Dichtung 45 ein definiertes Druckgefälle eintritt. Auch wird die Druckluftpumpe 55 so eingestellt, daß der Schmiermitteldruck im ersten Antriebsraum 49 einen zu den beiden vorgenannten Drücken entsprechenden Druck einnimmt.

Wie man deutlich aus Fig. 1 erkennen kann, ist die Welle 33 "fliegend" gelagert, weil sich die Antriebselemente, die durch die Rotorwicklung 37 und die Statorwicklung 38 symbo­ lisiert sind, zwischen den Radiallagern 34, 35 befinden. Die axiale Abstützung der Welle 33 wird zum einen über die federnde Abstützung 36 am unteren Ende der Welle 33 und zum anderen über die Druckeinstellung im Pumpenraum 47 er­ reicht.

Das Gebläse 10 wird vorzugsweise so betrieben, daß die Nenndrehzahl im überkritischen Bereich, d.h. oberhalb der Eigenresonanz des beweglichen Systems liegt.

Hierdurch ergibt sich die in den Figuren deutlich erkennbare leichte und kompakte Bauweise bei gleichzeitiger Reduzierung der Lagerkräfte, sicherem Betrieb, auch im kritischen Dreh­ zahlbereich, wobei die Lagerschalen 92, 118, die ihrerseits "schwimmend" aufgehängt sind, eine Lagerdämpfung in der Ebene beider Radiallager 34, 35 bewirken. Auch dies trägt zu geringen Schwingungsamplituden und damit optimaler Laufruhe des Gebläses 10 bei.

Nach Erreichen der Nenndrehzahl befinden sich alle Schmier-, Öl- und sonstigen Druckmittelsysteme im Gleichgewicht.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten eines Gebläses 10, ähnlich dem in Fig. 1, jedoch mit Luftlagern.

Der Radialförderer 16 in der Darstellung gemäß Fig. 2 ist an seiner Unterseite 125 mit einem axialen Ansatz 85 versehen, der an eine zugehörige Aussparung 86 in der Oberseite des Gehäuses 30 angepaßt ist. Zwischen dem Ansatz 85 und der Aussparung 86 befindet sich somit ein schmaler ringförmiger Raum 87.

Die Welle 33 ist in ihrem, an den Radialförderer 16 angren­ zenden Bereich mit einem oberen Fischgrät-Luftlager 90 versehen, das in ansich bekannter Weise zwei axial versetzte Bereiche schräger Rillen aufweist. Ein erster Kanal 91 umgeht das obere Fischgrät-Luftlager 90, indem es von der Ecke im Übergang zwischen Zwischenraum 87 und Öffnung 32 wegführt, dann parallel zur Achse der Welle 33 verläuft und schließlich im zweiten Antriebsraum 50 mündet.

Am unteren Ende der Welle 33 ist ein unteres Fischgrät-Luft­ lager 92 vorgesehen, das entsprechend dem oberen Fischgrät- Luftlager 90 ausgebildet ist. Das untere Fischgrät-Lager 92 läuft in einer axialen Bohrung 93 des Gehäuses 30. Ein zweiter Kanal 94, in dem eine Drossel 95 angeordnet ist, umgeht das untere Fischgrät-Luftlager 92, indem er vom dritten Antriebsraum 51 axial nach unten und dann mit einer Stichleitung 96 zum vierten Antriebsraum 52 führt. Der zweite Kanal 94 setzt sich über den Anschluß der Stichlei­ tung 96 hinaus axial fort und ist dort an eine zweite Druck­ luftpumpe 97 angeschlossen. Weiterhin führt ein Abströmkanal 98 vom zweiten Antriebsraum 50 über eine einstellbare Dros­ sel 99 ins Freie. Unter "Luft" kann im vorliegenden Zusam­ menhang auch ein beliebiges Gas oder Gasgemisch verstanden werden.

Die Bohrung 93 ist als Sackbohrung ausgebildet und nimmt an ihrem Grund einen Elektromagneten 105 auf, der über eine Anschlußleitung 106 mit einer Anschlußbuchse 107 verbunden ist. Gegenüber den Pol-Stirnflächen des Elektromagneten 105 befinden sich magnetisierte Zonen 108 am unteren Ende der Welle 33.

Wie man insbesondere auch aus Fig. 3 erkennen kann, ist die Unterseite 125 des Radialförderers 16 mit Spiralnuten 126, 126 a, 126 b.... versehen, zwischen denen sich entsprechende Stege 127, 127 a, 127 b.... befinden. Die Spiralnuten 126 enden innen in einem Abstand 128 von der Drehachse des Radialförderers 16. Es versteht sich, daß die Spiralnu­ ten 126 in den Fig. 2 und 3 nicht maßstäblich eingezeichnet sind, insbesondere liegt ihre Tiefe lediglich in der Größen­ ordnung von einem hundertstel Millimeter, vorzugsweise nur einigen µ.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 2 und 3 ist wie folgt:

Die Spiralnuten 126 an der Unterseite 125 des Radialförde­ rers 16 haben bei entsprechenden Drehzahlen der Welle 33 einen doppelten Nutzen. Zum einen dienen sie als Axiallager für die Welle 33 mit aufgesetztem Radialförderer 16, zum anderen dienen sie aber auch als Pumpe für die als Radialla­ ger wirkenden Fischgrät-Luftlager 90 und 92.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhöht das durch die Spiralnuten 126 gebildete Axial-Spiral­ rillenlager den Druck aus dem Pumpenraum 47 von beispiels­ weise 100 mbar auf das Doppelte, so daß sich damit auch eine doppelte Tragfähigkeit der Lager ergibt.

Über den ersten Kanal 91 und den zweiten Kanal 94 wird, sofern keine zweite Druckluftpumpe 97 vorgesehen ist, auch das untere Fischgrät-Luftlager 92 von der durch die Spiral­ nuten 126 gebildeten Pumpe mit Luft versorgt.

Das untere Ende der Welle 33, das in der Bohrung 93 läuft, wirkt wie ein Pumpenkolben.

Man kann daher bei einer Variante der Erfindung durch An­ schluß der zweiten Druckluftpumpe 97 den vierten Antriebs­ raum 52 gesteuert unter Druck setzen und damit die Welle 33 axial be- oder entlasten. Dies ist von besonderer Bedeutung, beim An- oder Auslaufen des Gebläses 10.

Hierzu muß man sich vor Augen führen, daß an der Welle 33 mit aufgesetzten Radialförderer 16 im Betrieb im wesentli­ chen drei axial wirkende Kräfte angreifen.

Zum einen wirken auf den Radialförderer 16 nach oben gerich­ tete Saugkräfte ein. Auch die Kraft des Axiallagers, das durch die Spiralnuten 126 gebildet wird, wirkt in axialer Richtung nach oben. Dem entgegengesetzt wirkt die nach unten gerichtete Gewichtskraft.

Bei der Drehzahl Null ist ausschließlich die Gewichtskraft vorhanden. Jedoch hebt bereits bei relativ kleinen Drehzah­ len die Welle 33 mit Radialförderer 16 infolge der nach oben gerichteten Axiallagerkraft und Saugkraft ab, wobei diese beiden Kräfte bei sich erhöhender Drehzahl mehr und mehr überwiegen.

Es ist daher erforderlich, für höhere Drehzahlen zusätzlich eine nach unten gerichtete Kraft vorzusehen bzw. bei sehr kleinen Drehzahlen zunächst eine nach oben gerichtete Hilfs­ kraft einzustellen, die dann bei höheren Drehzahlen ent­ fällt.

Hierzu kann einmal über die zweite Druckluftpumpe 97 bei kleinen Drehzahlen ein Überdruck im vierten Antriebsraum 52 eingestellt werden, der sich aus einer Durchflußrate und der Drossel 95 ergibt, wobei die Durchflußrate mittels der einstellbaren Drossel 99 vorgewählt werden kann.

Zum anderen kann aber auch bei einer Variante der Erfindung der Elektromagnet 105 zusammen mit den magnetisierten Zonen 108 am unteren Ende der Welle 33 verwendet werden.

Der Elektromagnet 105 ist als Permanentmagnet ausgebildet, der mit einer Erregerwicklung versehen ist, um die Kraft des Permanentmagneten schwächen zu können. Die Polung des Per­ manentmagneten einerseits und der Zonen 108 andererseits ist dabei so gewählt, daß das untere Ende der Welle 33 von dem Permanentmagneten angezogen wird.

Bei Stillstand der Welle 33 und bei niedrigen Drehzahlen wird die Magnetwicklung erregt, so daß die Kraft des Perma­ nentmagneten kompensiert wird. Die Welle 33 wird somit bei diesen niedrigen Drehzahlen nicht axial nach unten belastet. Erst bei Erreichen höherer Drehzahlen wird die Erregerwick­ lung entregt und die Anziehungskraft des Permanentmagneten zu den Zonen 108 zieht die Welle 33 nach unten, so daß hierdurch die Axiallagerkraft und die Saugkraft kompensiert werden.

Claims (12)

1. Gebläse zum Umwälzen großer Gasmengen, insbesondere für Hochleistungs-Laser nach dem Gastransport-Prinzip, mit einem Gasförderteil (11) und einem Antriebsteil (12), wobei das Gasförderteil (11) einen Radialförde­ rer (16) aufweist, der in einer Verbindungsstrecke zwischen zwei Gaskanälen (18, 20) des Gasförderteils (11) angeordnet ist und das Antriebsteil (12) eine Welle (33) zum Antreiben des Radialförderers (16) mit hohen Drehzahlen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (33) in mindestens zwei in Achsrichtung der Welle (33) gegeneinander versetzt angeordneten Ra­ dial-Drehlagern (34, 35) gelagert ist und daß An­ triebselemente der Welle (33) zwischen den Radial- Drehlagern (34, 35) angeordnet sind.

2. Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente eine raumfeste Statorwicklung (38) und eine zwischen den Radial-Drehlagern (34, 35) auf die Welle (33) gewickelte Rotorwicklung (37) umfassen.

3. Gebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (37, 38) von einem Versorgungsaggregat gespeist werden, das eine Ausgangsspannung mit varia­ bler Frequenz erzeugt.

4. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (33) mit einer überkri­ tischen Drehzahl angetrieben wird.

5. Gebläse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zwischen 10000 und 30000 Umdrehungen pro Minute liegt.

6. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (33) axial federnd abgestützt ist.

7. Gebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (33) axial mit Federn abgestützt ist.

8. Gebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (33) axial mittels eines Magnetlagers (105, 108) abgestützt ist.

9. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (33) in einem druckdich­ ten Gehäuse (30) gelagert ist und daß im Abstand von dem Radialförderer (16) auf der Welle (33) mindestens zwei axial wirkende Dichtungen (45, 46) vorgesehen sind, die, vom Radialförderer (16) aus betrachtet, einen mit einem der Gaskanäle (20) verbundenen Pumpen­ raum (47), mindestens einen Schleusenraum (48) sowie einen die Radial-Drehlager (34, 35) aufnehmenden Antriebsraum (49 bis 52) axial hintereinander bilden, wobei der mindestens eine Schleusenraum (48) und der Antriebsraum (49 bis 52) mit Leitungen (56, 65 bis 67, 74) zum Zu- oder Abführen von Druckmedien versehen sind.

10. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Radial-Drehlager (34, 35) als Wälzlager ausgebildet sind.

11. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Radial-Drehlager (34, 35) als Luftlager (90, 92) ausgebildet sind.

12. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Radial-Drehlager (34, 35) gedämmpft gehalten sind.